1.3 網聯化汽車

1.3.1 車聯網的概念

車聯網是以車內網、車載移動互聯網和車際網為基礎，按照約定的體系架構通信協議和數據交互標準，在車-X（X包括車、路、行人及互聯網等）之間，進行通信和信息交換的信息物理系統。它能實現智能交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡，它是物聯網技術在交通系統領域的典型應用。

車聯網相當于車內網、車載移動互聯網和車際網三網融合而成的網，如圖1-21所示。其中，車內網是指通過應用成熟的總線技術建立一個標準化的整車網絡，包括CAN、LIN，各個控制模塊之間通過數據線進行數據共享；車載移動互聯網是指車載終端通過4G或5G通信技術與互聯網進行無線連接的網絡，以便和云服務器之間進行大容量的數據交換；車際網是基于無線局域網絡協議的動態網絡，實現在一定范圍內的車輛與車輛之間的數據交換，實現協同控制，如圖1-22所示。

1.3.2 車聯網的功能

車聯網不僅可以應用于交通控制和車輛安全保障，同時在信息服務方面和智慧城市建設方面也有應用；車聯網可以實現遠程故障診斷，有利于實現汽車與手機互聯映射，實現協同控制，有利于實現無人駕駛；車聯網可以大大提高車輛的智能化程度，擁有車聯網的城市將不再出現交通擁擠，并且駕駛也會變得更加安全。車聯網的功能如圖1-23所示。

1.提供信息服務

車聯網可為交通管理機構提供服務，提高車輛與交通相關信息的數量和質量，更高效地管理運輸系統，為城市交通規劃提供支持。車聯網可為消費者提供服務，例如選擇出行方式、提供路徑規劃、推薦加油站或充電站。

2.提高行駛安全

通過車聯網，能與其他車輛進行通信，彼此明確對方的“意愿”，便于高速通過交通路口，提高路口通行能力；通過車聯網，汽車能夠連接到城市各類紅綠燈等交通設施，相當于擁有“千里眼”，明晰道路狀況，實現最合理的路徑規劃，自動規避危險，從而有助于提高行駛安全，減少道路交通事故；通過車聯網，可以實現多輛汽車的隊列協同控制，提高道路利用率，減少因車輛穿插而出現事故的可能；通過車聯網，可以及時獲取行人和非機動車輛的預警信息，從而做出預判，減少交通事故，如圖1-24所示。

3.促進節能減排

車聯網帶來的智能交通將成為節能降耗的重要推手。一方面可以規劃好的線路，實現最短的行駛里程和最佳的路面狀況，減少無謂的能量消耗；另一方面也可以控制車輛在最經濟的模式下運行，減少能耗。總之，就是利用人、車、路三者構成的流暢交通網絡，來大幅減少額外的燃油消耗和污染。

1.3.3 車聯網的等級

一般情況下，智能化汽車的等級可以按照駕駛人介入汽車行駛的程度進行定義，而車聯網的等級則應當從乘客體驗角度出發進行定義，一般分為網聯輔助信息交互、網聯協同感知、網聯協同決策與控制三個等級。各個等級的定義、車輛控制、車輛要獲取的典型信息、車輛對信息的要求參見表1-1所示的內容。

1.3.4 車聯網的典型場景

車聯網以“兩端一云”為主體、路基設施為條件，包括智能網聯汽車、移動智能終端、車聯網服務平臺等對象，如圖1-25所示，涉及V2C（車-云）、V2V（車-車）、V2P（車-人）、V2I（車-路）、車內通信五個場景。車聯網主要包括人、車、路、通信、服務平臺五類要素。

1.基于V2C網聯的自動駕駛場景

圖1-26所示為基于V2C網聯的自動駕駛場景。車與云平臺間的通信是指車輛通過衛星或移動蜂窩等無線通信技術實現車輛與車聯網服務平臺的信息傳輸。一方面將自身的位置和狀態信息上傳給云服務器，供他人使用；另一方面接收平臺下達的相關控制指令或其他相關信息，控制車輛的運行。基于V2C（車與云）網聯的自動駕駛對網絡的要求非常高，一方面要保證數據的傳輸速率，另一方面要保證及時性，否則車輛將無所適從。

2.基于V2V協作/編隊的自動駕駛場景

V2V（車與車）間的通信是指車輛與車輛之間實現信息交流與信息共享，包括車輛位置、行駛速度等車輛狀態信息，可用于判斷道路車流狀況和形成編隊行駛。以排頭的車輛作為頭車，跟隨車們通過V2V車聯網實時連接，根據頭車的操作而變更駕駛策略，整個車隊以極小的車距編隊自動駕駛，把車輛開出“婚車儀仗隊”的既視感，如圖1-27所示。編隊行駛狀態可以在節省油耗的同時更高效地完成貨物運輸，減少駕駛人疲勞駕駛等情況帶來的事故風險，也可釋放更多車道，緩解交通壓力。

3.基于V2P的遠程自動駕駛汽車/遠程自動泊車場景

車與人間的通信是指用戶可以通過Wi-Fi、藍牙、蜂窩等無線通信手段與車輛進行信息溝通，使用戶能通過對應的移動終端設備監測并控制車輛。例如利用遠程通信設備通知車輛自主到達停車泊位，或者利用遠程通信設備通知車輛自主到達上車地點，無須駕駛人或乘客在上、下車地點和停車泊位之間來回走動，如圖1-28所示。

1.3.5 車聯網的關鍵技術

車聯網關鍵技術分布在“端-管-云”三個層面。在“端”層面，關鍵技術主要包括車輛和路側設備的智能化、網聯化進程加快，關鍵技術包括汽車電子、車載操作系統技術等;在“管”層面，關鍵技術主要包括4G/5G車載蜂窩通信技術、LTE-V2X和802.11p無線直連通信技術等;在“云”層面，實現連接管理、能力開放、數據管理、多業務支持的車聯網平臺技術是核心。

1.射頻識別技術

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是通過無線射頻信號實現物體識別的一種技術，具有非接觸、雙向通信、自動識別等特征，對人體和物體均有較好的效果。RFID不但可以感知物體位置，還能感知物體的移動狀態并進行跟蹤。RFID技術一般與服務器、數據庫、云計算、近距離無線通信等技術結合使用，由大量的RFID通過物聯網組成龐大的物體識別體系，如圖1-29所示。

2.傳感網絡技術

車輛服務需要大量數據的支持，這些數據的原始來源正是依靠各類傳感器進行采集。不同的傳感器或大量的傳感器組成一個龐大的數據采集系統，動態采集一切車聯網服務所需要的原始數據，例如車輛位置、狀態參數、交通信息等。當前的采集系統已由單個或幾個傳感器演化為由大量傳感器組成的傳感器網絡，并且能夠根據不同的業務進行個性化定制，向服務器提供數據源，經過分析處理后作為各項業務數據為車輛提供優質服務，如圖1-30所示。

3.衛星定位技術

衛星定位是指通過利用衛星和接收機的雙向通信來確定接收機的位置，可以實現全球范圍內實時為用戶提供準確的位置坐標及相關的屬性特征，如圖1-31所示。如果采用差分技術，其精度甚至可以達到米級。定位是導航的基礎，隨著全球定位技術的發展，車聯網的發展迎來了新的歷史機遇，傳統全球定位系統成為車聯網技術的重要技術基礎，為車輛的定位和導航提供了高精度的可靠位置服務，成為車聯網的核心業務之一。隨著我國北斗導航系統的日益完善并投入使用，車聯網技術又有了新的發展方向，并逐步實現向國產化、自主知識產權的時期過渡。

4.無線通信技術

傳感網絡采集的路況信息需要通過通信系統傳輸到云端，才能得到及時的處理和分析，分析后的數據也要經過通信網絡的傳輸才能到達車輛終端設備。考慮到車輛的移動特性，車聯網技術只能采用無線通信技術來進行數據傳輸，因此無線通信技術是車聯網技術的核心組成部分之一。在各種無線傳輸技術的支持下，數據可以在服務器的控制下進行交換，實現業務數據的實時傳輸，并通過指令的傳輸實現對網內車輛的實時監測和控制，如圖1-32所示。

5.大數據分析技術

大數據（Big Data）是指借助于計算機技術、互聯網，捕捉到數量繁多、結構復雜的數據或信息的集合體。在計算機技術和網絡技術的發展推動下，各種大數據處理方法已經開始得到廣泛的應用。常見的大數據技術包括信息管理系統、分布式數據庫、數據挖掘、類聚分析等，這些技術成為不斷推動大數據在車聯網中應用的強大驅動力。

6.標準及安全體系

車聯網作為一個龐大的物聯網應用系統，包含了大量的數據、處理過程和傳輸節點，其高效運行必須有一套統一的標準體系來規范，從而確保數據的真實性和完整性，完成各項業務的應用。標準化已成為車聯網技術發展的迫切要求，也是一項復雜的管理技術。另外，車聯網和獲取服務本身也是為了更好地為車輛安全行駛提供保障，因此安全體系的建立也十分重要。如果沒有很好的數據安全保障，車輛的運行就會受到各種意外的影響，人財物的安全都將無從談起。